通信原理課程設(shè)計報告

1、 通信原理課程設(shè)計任務(wù)書課設(shè)題目數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)誤比特率（BER）測試的仿真設(shè)計與分析設(shè)計內(nèi)容：1 設(shè)計低頻條件下相干、差分相干接收2DPSK調(diào)制傳輸系統(tǒng)，做出仿真波形2以相干、差分相干接收2DPSK調(diào)制傳輸系統(tǒng)為誤比特率分析對象，被調(diào)載頻為2000Hz，以PN碼作為二進制信源，信道為加性高斯白噪聲信道，對該系統(tǒng)的誤比特率（BER）進行SystemView仿真分析。分析要求1、學習通信系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件SystemView，并學會用該軟件建立具體的通信系統(tǒng)仿真模型進行通信仿真； 2、建立相干、非相干接收2DPSK調(diào)制傳輸系統(tǒng)誤比特率測試仿真模型，仿真過程中原始基帶信號波形、差分碼波形、2DPSK信號

2、波形、本地載波、解調(diào)端相乘器輸出、低通濾波器輸出、抽樣判決輸出波形以及碼反變換后的輸出波形。觀測輸入和輸出波形的時序關(guān)系。3、在2DPSK系統(tǒng)中，“差分編碼譯碼”環(huán)節(jié)的引入可以有效地克服接收提取的載波存在180°相位模糊度，即使接收端同步載波與發(fā)送端調(diào)制載波間出現(xiàn)倒相180°的現(xiàn)象，差分譯碼輸出的碼序列不會全部倒相。重新設(shè)置接收載波源的參數(shù)，將其中的相位設(shè)為180°，運行觀察體會2DPSK系統(tǒng)時如何克服同步載波與調(diào)制載波間180°相位模糊度的。4、利用建立的SystemView DPSK系統(tǒng)相干、非相干接收的仿真模型進行BER測試，產(chǎn)生該系統(tǒng)的BER曲線

3、以此評估通信系統(tǒng)的性能，并和理論曲線相比較，驗證仿真的正確性；信道模型為加性高斯白噪聲信道。詳細原理及具體內(nèi)容見指導書。目錄第一章 概述4第二章 SystemView動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件簡介52.1 SystemView系統(tǒng)特點52.2 SystemView仿真步驟5第三章 課程設(shè)計內(nèi)容63.1 設(shè)計要求6 3.2 2DPSK系統(tǒng)組成及原理簡介73.3誤比特率簡介9第四章 仿真模型的建立及結(jié)果分析104.1低頻2DPSK相干解調(diào)系統(tǒng)104.2低頻2DPSK差分解調(diào)系統(tǒng)134.3高頻2DPSK相干解調(diào)系統(tǒng)誤碼率144.4高頻2DPSK差分解調(diào)系統(tǒng)誤碼率174.5曲線分析204.6誤碼率調(diào)試過程中需注

4、意的問題20第五章 心得體會23第六章 教材與參考文獻24第1章 概述通信原理課程是通信、電子信息專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其內(nèi)容幾乎囊括了所有通信系統(tǒng)的基本框架，但由于在學習中有些內(nèi)容未免抽象，而且不是每部分內(nèi)容都有相應(yīng)的硬件實驗，為了使我們學生能夠更進一步加深理解通信電路和通信系統(tǒng)原理及其應(yīng)用，驗證、消化和鞏固其基本理論，增強對通信系統(tǒng)的感性認識，培養(yǎng)實際工作能力和從事科學研究的基本技能，在通信原理的理論教學結(jié)束后我們開設(shè)了通信原理課程設(shè)計這一實踐環(huán)節(jié)。通信系統(tǒng)作為一個實際系統(tǒng)，是為了滿足社會與個人的需求而產(chǎn)生的，目的就是傳送消息（數(shù)據(jù)、語音和圖像等）。通信技術(shù)的發(fā)展，特別是近30年來形成了

5、通信原理的主要理論體系，即信息論基礎(chǔ)、編碼理論、調(diào)制與解調(diào)理論、同步和信道復(fù)用等。Systemview是ELANIX公司推出的一個完整的動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計、模擬和分析的可視化仿真平臺。從濾波器設(shè)計、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，直到一般的系統(tǒng)數(shù)學模型建立等各個領(lǐng)域， Systemview 在友好而且功能齊全的窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個精密的嵌入式分析工具。在本課程設(shè)計中學生通過運用先進的仿真軟件對通信系統(tǒng)進行仿真設(shè)計，既可深化對所學理論的理解，完成實驗室中用硬件難以實現(xiàn)的大型系統(tǒng)設(shè)計，又可使學生在實踐中提高綜合設(shè)計及分析解決實際問題的能力，加強系統(tǒng)性和工程性的訓練。第2章 SystemVie

6、w動態(tài)系統(tǒng)仿真2.1 SystemView系統(tǒng)的特點SystemView通過方便、直觀、形象的過程構(gòu)建系統(tǒng)，提供了豐富的部件資源、強大的分析功能和可視化開放的體系結(jié)構(gòu)，已逐漸成為各種通信、信號處理、控制及其它系統(tǒng)的分析、設(shè)計和仿真平臺以及通信系統(tǒng)綜合實驗平臺。整個系統(tǒng)具有如下特點：（1） 強大的動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計與仿真功能SystemView 提供了開發(fā)電子系統(tǒng)的模擬和數(shù)字工具，在基本庫中包括多種信號源、接收器、各種函數(shù)運算器等，大量的信號源和豐富的算子圖符和函數(shù)庫便于設(shè)計和分析各種系統(tǒng)特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和方案論證。（2）方便快捷SystemView使用了用戶熟悉的Windows界面

7、功能鍵，采用功能模塊去描述系統(tǒng)。設(shè)計窗口中各功能模塊都用形象直觀的圖符表示，圖符參數(shù)可根據(jù)需要實時調(diào)整，無需進行復(fù)雜編程即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計與功能級上的仿真。同時其無限制的分層結(jié)構(gòu)使建立龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)變得容易。 （3）可擴展性Systemview具有與外部數(shù)據(jù)文件的接口，可直接獲得并處理輸入/輸出的數(shù)據(jù)，使信號分析更加靈活方便。2.2 Systemview仿真步驟（1） 建立系統(tǒng)模型：根據(jù)通信系統(tǒng)的基本原理確定總的系統(tǒng)功能，并將各部分功能模塊化，根據(jù)各個部分之間的關(guān)系，畫出系統(tǒng)框圖。（2）基本系統(tǒng)搭建和圖標定義：從各種功能庫中選取滿足需要的可視化圖符和功能模塊，組建系統(tǒng)，設(shè)置各個功能模塊的

8、參數(shù)和指標，在系統(tǒng)窗口按照設(shè)計功能框圖完成圖標的連接；（3） 調(diào)整參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)模擬參數(shù)設(shè)置，包括運行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（系統(tǒng)模擬時間、采樣速率等）等。（4）運行結(jié)果分析：在系統(tǒng)的關(guān)鍵點處設(shè)置觀察窗口，利用接收計算器分析仿真數(shù)據(jù)和波形，用于檢查、監(jiān)測模擬系統(tǒng)的運行情況，以便及時調(diào)整參數(shù)，分析結(jié)果。第三章 課程設(shè)計內(nèi)容3.1 設(shè)計要求（1） 設(shè)計低頻條件下相干、非相干接收2DPSK調(diào)制傳輸系統(tǒng)，做出仿真波形(2) 設(shè)計相干、差分接收2DPSK調(diào)制傳輸系統(tǒng)為誤比特率分析對象，被調(diào)載頻為2000Hz，以PN碼作為二進制信源，信道為加性高斯白噪聲信道，對該系統(tǒng)的誤比特率（BER）進行SystemView仿真

9、分析。(3) 根據(jù)所學通信原理知識，設(shè)計各個模塊參數(shù)（如碼元速率，載波頻率等）；（4）通信系統(tǒng)的設(shè)計利用Systemview仿真實現(xiàn)實現(xiàn)；（5）要求報告書寫規(guī)范，無書寫，排版錯誤。圖號、表號標注清楚，系統(tǒng)不同條件下，所得的仿真結(jié)果能進行分析比較，并得出正確的結(jié)論。3.2 2DPSK系統(tǒng)組成原理及簡介2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表示數(shù)字信息。它是為了解決2PSK信號解調(diào)過程的反向工作問題而提出來的。假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為，可定義一種數(shù)字信息與之間的關(guān)系為：= 0, 表示數(shù)字信息“0”,表示數(shù)字信息“1”1、2DPSK的調(diào)制系統(tǒng)2DPSK信號的實現(xiàn)方法：(1) 首先對

10、二進制數(shù)字基帶信號進行差分編碼，將絕對碼表示二進制信息變換為用相對碼表示二進制信息，然后再進行絕對調(diào)相，從而產(chǎn)生二進制差分相位鍵控信號。(2)首先對二進制數(shù)字基帶信號進行差分編碼，將絕對碼表示二進制信息變換為用相對碼表示二進制信息，再輸入載波信號，將基帶信號與載波信號相乘輸出2DPSK信號。輸入PN碼2DPSK輸出差分編碼相乘器圖3-2 相乘法調(diào)制2、2DPSK的解調(diào)系統(tǒng)（1）差分解調(diào)法差分相干解調(diào)法方式（相位比較法）解調(diào)原理是直接比較前后碼元的相位差，從而恢復(fù)發(fā)送的二進制數(shù)字信息。由于解調(diào)的同時完成了碼反變換作用， 故解調(diào)器中不需要碼反變換器。由于差分相干解調(diào)方式不需要專門的相干載波，因此是

11、一種非相干解調(diào)方法。 抽樣判決器低通濾波器相乘器帶通濾波器延遲定時脈沖圖 3-3 差分法解調(diào)（2） 相干解調(diào)法抽樣判決器低通濾波器碼反變換相乘器帶通濾波器圖3-4 相干解調(diào)法3.3、誤比特率簡介（BER：Bit Error Rate）誤比特率（BER：Bit Error Rate）是指二進制傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)碼傳輸錯誤的概率，也就是二進制系統(tǒng)的誤碼率，它是衡量二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能的重要指標，誤比特率越低說明抗干擾性能越強。對于多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，一般用誤符號率（Symble Error Rate）表示，誤符號率和誤比特率之間可以進行換算，例如采用格雷編碼的MPSK系統(tǒng)，其誤比特率和誤符號率之間的換

12、算關(guān)系近似為：其中，M為進制數(shù)，且誤比特率小于誤符號率。2DPSK信號克服了2PSK信號的相位“模糊”問題， 但其誤碼率性能略差于2PSK，2DPSK信號的解調(diào)主要有兩種方法：一是相位比較法，另一是極性比較法，相干DPSK系統(tǒng)BER測試利用SystemView來產(chǎn)生一個通信系統(tǒng)的BER曲線以此評估通信系統(tǒng)的性能；第4章 仿真模型的建立及結(jié)果分析4.1 2DPSK相干解調(diào)系統(tǒng)1、系統(tǒng)搭建及參數(shù)設(shè)置圖 4-1相干解調(diào)系統(tǒng)Token0：PN碼源，參數(shù)為Amp1v、Offset0v、Rate10Hz、 levels2、phase=0；Token1、2、30、32、38:觀察窗；Token 8、16:

13、載波信號源，參數(shù)：Amp1v、Frequency10Hz,phase=0deg；Token14：乘法器Token9：低通濾波器，截止頻率為12Hz；Token25：比較器，a<b，True=1v,False=-1v；Token4、20：異或門XOR Threshold=0,True=1,False=-1，gate=0;Token28：Amp1v，F(xiàn)requency20Hz,phase=0deg，Pulse Width=0.005；Token26：采樣保持Sample&Hold,Hold Ctrl=1;Token9：按鍵,Gate Delay=0 ，Ctrl Thresh=0.05

14、;Token40、31： Delay,Delay=0.05 ; 2、 仿真結(jié)果仿真結(jié)果波形如圖。原碼、相對碼、2DPSK波形、比較判決后的波形、經(jīng)過碼反變換后的波形。4.2 2DPSK差分解調(diào)系統(tǒng)1、 系統(tǒng)搭建及參數(shù)設(shè)置 低頻差分相干解調(diào)系統(tǒng)Token57：Amp1v，F(xiàn)requency100Hz,phase=0deg，Pulse Width=0.005；Token39：PN碼源，參數(shù)為Amp1v、Offset0v、Rate20Hz、 No.of levels2、phase=0；Token60：比較器，a>b，True=-1v,False=1v；Token30：采樣保持Sample&am

15、p;Hold,Hold Ctrl=1;Token9：低通濾波器，截止頻率為30Hz；Token37：按鍵,Gate Delay=0 ，Ctrl Thresh=0.05;Token38： Delay,Delay=0.05 ;Token40：異或門XOR Threshold=0.5,True=1,False=-1，gate=0;Token 4: 載波信號源，參數(shù)：Amp1v、Frequency40Hz,phase=0deg；Token3、62:觀察窗；2、仿真結(jié)果仿真結(jié)果波形如圖 4.3 2DPSK相干解調(diào)系統(tǒng)誤碼率1、系統(tǒng)搭建及參數(shù)設(shè)置 高頻相干解調(diào)系統(tǒng)誤碼率仿真圖Token39：PN碼，Rat

16、e=1000Hz，Phase=0，Amplitude=1，Offset=0，No.Level=2；Token79：異或門，Threshold=0，ture output=1，false output=-1；Token38：延時，Delay=0.001s。Token79和Token38共同組成完成絕對碼到相對碼的變換；Token4、token63：載波，Amplitude=1，F(xiàn)requency=2000Hz；Token9：3階butterworth低通濾波器，截止頻率=1200Hz；Token30：抽樣，Ctrl Threshhold=0.1；Token60:比較判決,ab,ture outp

17、ut=1，false output=-1；Token80:異或門，ture output為1，false output為-1,Treshhold=0；Token65：延時0.001s，token65和token80共同完成了相對碼到絕對碼的變換；Token72：延時使原碼和最后接受解調(diào)后的同步，參數(shù)是通過相關(guān)函數(shù)計算得到的，此次是10；Token73、token74、token81：計算誤碼率；2、 仿真結(jié)果仿真結(jié)果波形如圖所示：下邊的一條為理想誤碼率曲線高頻相干解調(diào)系統(tǒng)運行過程中誤碼率變化 高頻相干解調(diào)系統(tǒng)運行過程中誤碼率仿真曲線4.4 高頻2DPSK差分解調(diào)系統(tǒng)誤碼率1、系統(tǒng)搭建及參數(shù)設(shè)置

18、 高頻差分解調(diào)系統(tǒng)誤碼率仿真圖Token39：PN碼，Rate=1000Hz，Phase=0，Amplitude=1，Offset=0，No.Level=2；Token38：延時，Delay=0.001s。Token78和Token38共同組成完成絕對碼到相對碼的變換；Token78：異或門，Threshold=1，ture output=1，false output=-1;Token70：延時使原碼和最后接受解調(diào)后的同步，參數(shù)是通過相關(guān)函數(shù)計算得到的Token76：改變每次運行后的噪聲，dB Power；Token4：載波，Amplitude=1，F(xiàn)requency=2000Hz；Token

19、9：3階butterworth低通濾波器，截止頻率=1200Hz；Token30：抽樣，Ctrl Threshhold=0.1；Token57：位同步脈沖，Amplitude=1，頻率=1000Hz，脈寬=100e-6s，Offset=0，Phase=0；Token60:比較判決,ab,ture output=1，false output=-1；Token76：改變每次運行后的噪聲，dB Power；Token65、token66：計算誤碼率；2、 仿真結(jié)果仿真結(jié)果波形如圖所示：下邊的一條為理想誤碼率曲線 高頻差分解調(diào)系統(tǒng)仿真過程中誤碼率變化高頻差分解調(diào)系統(tǒng)誤碼率曲線3. 兩種方法比較4.5

20、曲線分析1、 低頻2DPSK系統(tǒng)分析（1）在低頻信號（10Hz100Hz）調(diào)試時，當出現(xiàn)連1或連0時，在碼間會出現(xiàn)沖擊脈沖，可以通過合理為Delay Token選擇0：Delay或1：Delay-dT消除這種現(xiàn)象。2、誤碼率曲線分析（1）由于理想誤碼率曲線是在最佳接收機情況下測得的，所以性能會好于實際系統(tǒng)（2）相干解調(diào)性能好，非相干解調(diào)解調(diào)時不需要提取載波信息來進行解調(diào)；相干解調(diào)就是解調(diào)時，首先要通過鎖相環(huán)提取出載波信息，通過載波信息與輸入的信息來解調(diào)出信號；因此，可以看出，相干解調(diào)的性能肯定要優(yōu)于非相干解調(diào)。（3）非相干解調(diào)的優(yōu)越性，非相干解調(diào)的好處是可以較少的考慮信道估計（甚至略去），處理

21、復(fù)雜度降低，帶來的是性能的損傷。相干解調(diào)需要本地PLL（鎖相環(huán)）恢復(fù)載波，并保持相位鎖定，需要較好的信道估計，處理相對復(fù)雜。4.6 誤碼率調(diào)試過程中需注意的問題1、理想誤碼率曲線的疊加運行后，隨著每次循環(huán)，終值顯示框內(nèi)出現(xiàn)每次的運算結(jié)果。循環(huán)結(jié)束后進入分析窗，欲觀察BER隨解調(diào)信號SNR改變的曲線，需單擊“信宿計算器”按鈕，在出現(xiàn)的對話框中，選中Style按鈕，單擊BER Plot按鈕，在其右側(cè)的“SNR StartdB:”欄內(nèi)輸入0、“IncrementdB:”欄內(nèi)輸入1，再選中右上角窗口內(nèi)“w0:Sink74”項，如圖4-16，最后單擊對話框的OK按鈕即可顯示隨SNR改變的BER曲線，疊加

22、上理想系統(tǒng)的誤碼率曲線后如圖4-17，進行系統(tǒng)特性比較。平滑的是理想的誤碼率曲線（最佳接收機），另一條是實際系統(tǒng)的曲線。 圖 4-16圖 4-172、高頻差分解調(diào)和高頻相干解調(diào)中延時參數(shù)的計算將系統(tǒng)信號源輸出信號延時與解調(diào)出的信號同步（可以通過計算其相關(guān)性得到精確的延時時間）,再抽樣比較,抽樣頻率的選擇應(yīng)為信號頻率的N倍（理論上N>=1即可，但實際調(diào)試過程中當5<N<10時最好）；合理的設(shè)置采樣點數(shù)和循環(huán)次數(shù)。設(shè)置方法如下圖圖 4-18圖 4-193、增益在高頻信號（1kHz）誤碼率分析時,首先要將高斯白噪聲通過增益使其按一定的規(guī)律衰減，即使信噪比按一定的規(guī)律增加(高斯白噪聲

23、的功率譜密度應(yīng)通過計算得到合適的值) 。第五章 心得體會為時一個半星期的課程設(shè)計結(jié)束了，本次課程設(shè)計在剛開始的過程中不知道干什么，后來慢慢的熟悉了這個軟件，學會了使用仿真軟件 SystemView，學習過程中遇到許多問題如下：因為對所軟件不熟悉有時找不到器件，就算找到器件也不知道如何去修改；最主要的一點是連線的問題，連線的次序不同就會得到不同的結(jié)果。通過閱讀資料，最終把正確的圖形給仿真出來了。仿真過程中各個參數(shù)都需要多次設(shè)置，已達到最佳效果，采樣率、采樣點數(shù)，載波、濾波器、誤碼率計算器都需要逐個設(shè)置，稍有差錯圖形就出不來，還有增益要經(jīng)?？纯从袩o變化，總之參數(shù)的設(shè)置特別重要。在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，與